[go: up one dir, main page]

JP6000671B2 - Photodetection system and microscope system - Google Patents

Photodetection system and microscope system Download PDF

Info

Publication number
JP6000671B2
JP6000671B2 JP2012133005A JP2012133005A JP6000671B2 JP 6000671 B2 JP6000671 B2 JP 6000671B2 JP 2012133005 A JP2012133005 A JP 2012133005A JP 2012133005 A JP2012133005 A JP 2012133005A JP 6000671 B2 JP6000671 B2 JP 6000671B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exposure time
light
unit
sample
photons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012133005A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013257423A (en
Inventor
昭典 顕谷
昭典 顕谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2012133005A priority Critical patent/JP6000671B2/en
Publication of JP2013257423A publication Critical patent/JP2013257423A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6000671B2 publication Critical patent/JP6000671B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

本発明は、光検出システムおよび顕微鏡システムに関するものである。   The present invention relates to a light detection system and a microscope system.

従来、生物系研究分野、特に顕微鏡を使った研究市場において、生体のより速い動的反応を観察する要求が増えている。顕微鏡は、フレームレートが上がると1フレーム画像を取得するのに要する検出時間が短くなる。そのため、検出器には、より微弱な光を検出することが求められており、例えば、フォトンカウンティング(光子計測)の技術が使われている。   Conventionally, in the biological research field, particularly in the research market using a microscope, there is an increasing demand for observing a faster dynamic reaction of a living body. In the microscope, when the frame rate is increased, the detection time required for acquiring one frame image is shortened. Therefore, the detector is required to detect weaker light. For example, a photon counting (photon measurement) technique is used.

また、同じ光の入射条件で露光時間(例えば、レーザ走査型顕微鏡においては走査速度。)を変えると、1画素内に入射する光子数が変化することから、これに応じて入射光子数に対応する画像輝度が変化する。そのため、使用者はスキャン速度を変更する度に観察条件(HV(HIGH VOLTAGE、広義でアナログゲイン。)やレーザ光量。)を変える必要があり、煩わしさがあった。   In addition, if the exposure time (for example, scanning speed in a laser scanning microscope) is changed under the same light incident conditions, the number of photons incident on one pixel changes. The image brightness changes. Therefore, each time the user changes the scanning speed, the user needs to change observation conditions (HV (HIGH VOLTAGE, analog gain in a broad sense) and laser light quantity), which is bothersome.

これに対し、特許文献1に記載の走査型レーザ顕微鏡は、露光時間に応じてHVを変化させたり、あるいは、検出器に入射する光量を変化させたりすることにより、スキャン速度によらず、GUI(Graphical User Interface)に表示される輝度値を一定にすることとしている。   On the other hand, the scanning laser microscope described in Patent Document 1 changes the HV according to the exposure time or changes the amount of light incident on the detector, thereby changing the GUI regardless of the scanning speed. The luminance value displayed in (Graphical User Interface) is made constant.

特開2005−215357号公報JP 2005-215357 A

しかしながら、特許文献1に記載の走査型レーザ顕微鏡では、フォトンカウンティングの場合も上記と同様に露光時間に応じて入射する光子数が増減して画像輝度が変化するが、HVを変化させても波高値が変わるだけで、得られる光子数は変化しないという不都合がある。また、検出器に入射する光量を変化させると、短い露光時間のときに検出器への入射光量を増やすことになるので、マルチフォトンイベントを誘発する可能性があり、結果として輝度のリニアリティに欠ける画像となるという不都合がある。   However, in the scanning laser microscope described in Patent Document 1, in the case of photon counting, the number of incident photons increases and decreases according to the exposure time as described above, and the image luminance changes. There is an inconvenience that the number of photons obtained does not change only by changing the high value. Also, changing the amount of light incident on the detector increases the amount of light incident on the detector during a short exposure time, which may induce multiphoton events, resulting in lack of luminance linearity. There is an inconvenience of being an image.

本発明は、フォトンカウンティング検出に際して、露光時間を変更しても表示する画像の明るさを一定に保つことができる光検出システムおよび顕微鏡システムを提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a photodetection system and a microscope system that can keep the brightness of an image to be displayed constant even when the exposure time is changed during photon counting detection.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、試料から発せられる観察光を受光する受光部を有し、該受光部により受光された前記観察光を光電変換してその光量に応じた大きさの電流信号を出力する光電変換部と、該光電変換部から出力される前記電流信号に含まれる光子数を計測する光子計測処理部と、前記受光部において前記観察光が露光される露光時間を入力する入力部と、基準となる所定の露光時間である基準露光時間に対する前記入力部により入力された実際の露光時間である実露光時間の比率の逆数を、前記光子計測処理部により計測された前記光子数に乗算して得られる輝度値に基づいて、前記試料の画像を構築する画像構築部とを備える光検出システムを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
The present invention includes a light receiving unit that receives observation light emitted from a sample, photoelectrically converts the observation light received by the light receiving unit, and outputs a current signal having a magnitude corresponding to the amount of light. A photon measurement processing unit that measures the number of photons included in the current signal output from the photoelectric conversion unit, an input unit that inputs an exposure time during which the observation light is exposed in the light receiving unit, and a reference the reciprocal of the ratio of the a actual exposure time actual exposure time input by the input unit with respect to the reference exposure time is a predetermined exposure time, by multiplying the number of photons measured by the photon counting processing unit to obtain An optical construction system comprising an image construction unit for constructing an image of the sample based on a luminance value obtained.

本発明によれば、入力部により入力する光電変換部の受光部の露光時間が変化すると、光電変換部により観察光を光電変換して得られる電流信号に含まれる光子数がその露光時間に応じて変化するが、光子計測処理部により光電変換部からの電流信号に含まれる光子数を計測し、画像構築部により、その光子数に基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数を乗算することで、光子数の変化に関わらず画像構築のための輝度値を一定にすることができる。したがって、この輝度値に基づいて試料の画像を構築することで、光電変換部の受光部における観察光の露光時間に関わらず一定の明るさの画像を取得することができる。   According to the present invention, when the exposure time of the light receiving unit of the photoelectric conversion unit input by the input unit changes, the number of photons included in the current signal obtained by photoelectrically converting the observation light by the photoelectric conversion unit depends on the exposure time. The photon measurement processing unit measures the number of photons contained in the current signal from the photoelectric conversion unit, and the image construction unit multiplies the photon number by the inverse of the ratio of the actual exposure time to the reference exposure time. Thus, the luminance value for image construction can be made constant regardless of the change in the number of photons. Therefore, by constructing an image of the sample based on this luminance value, an image having a constant brightness can be acquired regardless of the exposure time of the observation light in the light receiving unit of the photoelectric conversion unit.

上記発明においては、前記画像構築部が、露光時間ごとに前記光子数と前記輝度値とを対応付けた複数のルックアップテーブルを備え、前記実露光時間により選択されたルックアップテーブルから、前記光子計測処理部により計測された前記光子数に対応付けられた前記輝度値を読み出すこととしてもよい。   In the above invention, the image construction unit includes a plurality of lookup tables in which the number of photons and the luminance value are associated with each other for each exposure time, and from the lookup table selected based on the actual exposure time, The luminance value associated with the number of photons measured by the measurement processing unit may be read out.

このように構成することで、想定される複数のルックアップテーブルを予め用意しておくだけで、演算処理にかかる時間を省いて簡易に輝度値を決定し、試料の画像を迅速に構築することができる。   By constructing in this way, it is possible to easily determine the luminance value and quickly construct the sample image by simply preparing a plurality of possible lookup tables in advance, omitting the time required for arithmetic processing. Can do.

また、上記発明においては、前記画像構築部が、前記光子計測処理部により計測された光子数と、前記実露光時間と、前記基準露光時間とを演算処理して前記輝度値を算出することとしてもよい。
このように構成することで、実際の光子数および露光時間に合わせて臨機応変に適切な輝度値を決定し、試料の画像を精度よく構築することができる。
Further, in the above-mentioned invention, said image construction unit calculates the number of photons measured by the photon counting processing unit, wherein the actual exposure time, the luminance values by processing the said reference exposure time It is good.
By configuring in this way, it is possible to determine an appropriate luminance value flexibly according to the actual number of photons and exposure time, and to accurately construct an image of the sample.

本発明は、上記いずれかの光検出システムと、光源から発せられた照明光を反射して前記試料上で走査させる走査部と、該走査部により反射された前記照明光を前記試料に照射し、該試料から発せられて前記光電変換部の前記受光部により受光される前記観察光を集光する対物レンズとを備え、前記実露光時間として、前記走査部による前記試料上での前記照明光の走査時間を用いる顕微鏡システムを提供する。   The present invention includes any one of the above-described light detection systems, a scanning unit that reflects illumination light emitted from a light source and scans the sample, and irradiates the sample with the illumination light reflected by the scanning unit. An objective lens that condenses the observation light emitted from the sample and received by the light receiving unit of the photoelectric conversion unit, and the illumination light on the sample by the scanning unit as the actual exposure time A microscope system using a scanning time of 1 mm is provided.

本発明によれば、走査部により試料上で照明光が走査された範囲の画像を取得することができる。この場合において、走査部による試料上での照明光の走査時間を変更しても、変更の前後で試料の画像の明るさを一定に保つことができる。   According to the present invention, it is possible to acquire an image in a range in which illumination light is scanned on the sample by the scanning unit. In this case, even if the scanning time of the illumination light on the sample by the scanning unit is changed, the brightness of the sample image can be kept constant before and after the change.

本発明によれば、フォトンカウンティング検出に際して、露光時間を変更しても表示する画像の明るさを一定に保つことができるという効果を奏する。   According to the present invention, when photon counting is detected, the brightness of an image to be displayed can be kept constant even if the exposure time is changed.

本発明の第1実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a microscope system according to a first embodiment of the present invention. 図1の光検出システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the photon detection system of FIG. 実本発明の第1実施形態に係る露光時間と表示最大階調と光子数とを関連付けたルックアップテーブルを示す図表である。It is a graph which shows the look-up table which linked | related the exposure time which concerns on 1st Embodiment of this invention, the display maximum gradation, and the number of photons. 光子数と表示階調との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of photons and a display gradation. 本発明の第2実施形態に係る光検出システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the photon detection system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係る実露光時間と表示最大階調と光子数とを関連付けたルックアップテーブルを示す図表である。It is a graph which shows the look-up table which linked | related real exposure time, the display maximum gradation, and the number of photons which concern on 2nd Embodiment of this invention. 光子数と表示階調との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the number of photons and a display gradation. 光子数と表示階調との関係を示す別のグラフである。It is another graph which shows the relationship between the number of photons and a display gradation.

〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態に係る光検出システムおよび顕微鏡システムについて図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム100は、図1に示されるように、レーザ光を発する光源ユニット10と、光源ユニット10から発せられたレーザ光を試料Sに照射する顕微鏡装置20と、顕微鏡装置20によりレーザ光が照射された試料Sにおいて発生する蛍光(観察光)を検出する光検出システム40と、光検出システム40により蛍光が検出された試料Sの画像を表示するモニタ49とを備えている。
[First Embodiment]
A light detection system and a microscope system according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a microscope system 100 according to this embodiment includes a light source unit 10 that emits laser light, a microscope apparatus 20 that irradiates a sample S with laser light emitted from the light source unit 10, and a microscope apparatus 20. Is provided with a light detection system 40 for detecting fluorescence (observation light) generated in the sample S irradiated with laser light, and a monitor 49 for displaying an image of the sample S for which fluorescence is detected by the light detection system 40. .

光源ユニット10としては、例えば、多波長レーザ光源が用いられる。光源ユニット10は、レーザ光を発生するスーパコンティニュムレーザ等の光源11A,11Bと、光源11Aから発生されたレーザを反射する反射ミラー13と、反射ミラー13により反射されたレーザ光を透過する一方、光源11Bから発生されたレーザ光を反射し、これらの各レーザ光の光路を合成するダイクロイックミラー(DM)15と、ダイクロイックミラー15により光路が合成されたレーザ光を調光する音響光学素子のような調光部17とを備えている。   As the light source unit 10, for example, a multi-wavelength laser light source is used. The light source unit 10 includes light sources 11A and 11B such as supercontinuum lasers that generate laser light, a reflection mirror 13 that reflects a laser generated from the light source 11A, and a laser beam that is reflected by the reflection mirror 13. The dichroic mirror (DM) 15 that reflects the laser light generated from the light source 11B and synthesizes the optical path of each of these laser lights, and the acoustooptic device that modulates the laser light whose optical path is synthesized by the dichroic mirror 15 The light control part 17 is provided.

この光源ユニット10は、レーザ光源11A,11Bからレーザ光を発生させて調光部17によりその波長選択および強度調整を制御することにより、所定の波長域で所定の強度のレーザ光を発することができるようになっている。   The light source unit 10 emits laser light from the laser light sources 11A and 11B, and controls the wavelength selection and intensity adjustment by the light control unit 17, thereby emitting laser light having a predetermined intensity in a predetermined wavelength region. It can be done.

顕微鏡装置20は、試料Sを載置するステージ31を有する顕微鏡本体30と、光源ユニット10から発せられたレーザ光を反射して試料S上で走査させるスキャナ(走査部)21と、スキャナ21により反射されたレーザ光を集光する瞳投影レンズ(PL)23と、瞳投影レンズ23により集光されたレーザ光を顕微鏡本体30に向けて反射する反射ミラー25とを備えている。スキャナ21としては、例えば、ガルバノミラー、共振スキャナ、または、AOD(Acousto−Optic Deflector、音響光学偏向素子)等を用いることができる。   The microscope apparatus 20 includes a microscope main body 30 having a stage 31 on which the sample S is placed, a scanner (scanning unit) 21 that reflects the laser light emitted from the light source unit 10 and scans the sample S, and the scanner 21. A pupil projection lens (PL) 23 that condenses the reflected laser light and a reflection mirror 25 that reflects the laser light condensed by the pupil projection lens 23 toward the microscope main body 30 are provided. As the scanner 21, for example, a galvanometer mirror, a resonant scanner, or an AOD (Acousto-Optic Deflector) can be used.

顕微鏡本体30は、ステージ31の他に、反射ミラー25により入射されるレーザ光を平行光に変換する結像レンズ(TL)33と、結像レンズ33により平行光に変換されたレーザ光を試料Sに照射し、試料Sにおいて発生する蛍光を集光する複数の対物レンズ35とを備えている。符合36は、対物レンズ35が取付けられ、レーザ光の光路上に複数の対物レンズ35を択一的に配置可能なレボルバを示している。   In addition to the stage 31, the microscope main body 30 includes an imaging lens (TL) 33 that converts laser light incident on the reflection mirror 25 into parallel light, and laser light converted into parallel light by the imaging lens 33 as a sample. A plurality of objective lenses 35 that irradiate S and collect fluorescence generated in the sample S are provided. Reference numeral 36 denotes a revolver to which an objective lens 35 is attached and a plurality of objective lenses 35 can be alternatively arranged on the optical path of the laser beam.

また、顕微鏡装置20には、光源ユニット10からのレーザ光を反射してスキャナ21に入射させる一方、対物レンズ35により集光されて結像レンズ33、反射ミラー25、瞳投影レンズ23およびスキャナ21を介してレーザ光の光路を逆方向に戻る蛍光を透過させてレーザ光の光路から分岐させるダイクロイックミラー(DM)27と、ダイクロイックミラー27を透過した蛍光を集光する集光レンズ(CFL)29と、集光レンズ29により集光された蛍光の一部を通過させるピンホール(PH)37と、ピンホール37を通過した蛍光を平行光に変換して光検出システム40に入射させるコリメートレンズ(COL)39とを備えている。   The microscope apparatus 20 reflects the laser light from the light source unit 10 to enter the scanner 21, and is condensed by the objective lens 35 to form the imaging lens 33, the reflection mirror 25, the pupil projection lens 23, and the scanner 21. A dichroic mirror (DM) 27 that transmits fluorescence returning in the reverse direction through the laser beam and branches off from the optical path of the laser beam, and a condensing lens (CFL) 29 that collects the fluorescence transmitted through the dichroic mirror 27 A pinhole (PH) 37 that allows a part of the fluorescence condensed by the condenser lens 29 to pass through, and a collimator lens that converts the fluorescence that has passed through the pinhole 37 into parallel light and enters the light detection system 40 ( COL) 39.

光検出システム40は、コリメートレンズ39により平行光に変換された蛍光を検出して電流信号を出力する検出器(Detector、光電変換部)41と、検出器41から出力される電流信号を処理する光検出回路50と、光源ユニット10の調光部17やスキャナ21の揺動角度等を制御する制御部43と、試料Sの画像を構築するPC(Personal Computer、画像構築部)45とを備えている。この光検出システム40には、ユーザにより入力される検出器41における露光時間に関する情報をPC45に入力する入力部47と、PC45により構築された画像を表示するモニタ49とが接続されている。   The light detection system 40 detects the fluorescence converted into parallel light by the collimator lens 39 and outputs a current signal, and processes the current signal output from the detector 41. A photodetection circuit 50, a control unit 43 that controls the swing angle of the light control unit 17 and the scanner 21 of the light source unit 10, and a PC (Personal Computer, image construction unit) 45 that constructs an image of the sample S are provided. ing. The light detection system 40 is connected to an input unit 47 that inputs information relating to the exposure time in the detector 41 input by the user to the PC 45 and a monitor 49 that displays an image constructed by the PC 45.

検出器41としては、例えば、PMT(Photo Multiplier Tube)やPD(Photo Diode)を用いることができる。この検出器41は、蛍光を受光する受光部42を有しており、受光部42により受光された蛍光を光電変換してその光量に応じた大きさの電流信号を出力するようになっている。   As the detector 41, for example, a PMT (Photo Multiplier Tube) or a PD (Photo Diode) can be used. The detector 41 includes a light receiving unit 42 that receives fluorescence, photoelectrically converts the fluorescence received by the light receiving unit 42, and outputs a current signal having a magnitude corresponding to the amount of light. .

光検出回路50は、図2に示すように、検出器41から送られてくる電流信号を電圧信号に変換する増幅器(Pre−Amp)51と、増幅器51により増幅された電圧信号と基準となる電圧信号(Discrimination Level)とを比較し、比較結果に応じた電圧信号を出力する比較器(Comparator)53と、比較器53から出力される電圧信号に含まれる光子数を計測する計測器(Counter、光子計測処理部)55とを備えている。
計測器55は、計測した光子数の計測データ(pixel brightness data)を制御部43を介してPC45に送るようになっている。
As shown in FIG. 2, the photodetection circuit 50 is an amplifier (Pre-Amp) 51 that converts the current signal sent from the detector 41 into a voltage signal, and the voltage signal amplified by the amplifier 51 serves as a reference. A comparator (Comparator) 53 that compares a voltage signal (Discrimination Level) and outputs a voltage signal according to the comparison result, and a measuring instrument (Counter) that measures the number of photons contained in the voltage signal output from the comparator 53 , A photon measurement processing unit) 55.
The measuring device 55 is configured to send measurement data (pixel brightness data) of the measured number of photons to the PC 45 via the control unit 43.

制御部43は、計測器55から送られてきた光子数の計測データをPC45に送るようになっている。
入力部47は、ユーザにより入力される受光部42の露光時間(以下、ユーザにより入力される実際の露光時間を「実露光時間」という。)と、基準となる所定の露光時間(以下、基準となる所定の露光時間を「基準露光時間」という。)とをPC45に入力するようになっている。
The control unit 43 sends the photon count measurement data sent from the measuring instrument 55 to the PC 45.
The input unit 47 includes an exposure time of the light receiving unit 42 input by the user (hereinafter, an actual exposure time input by the user is referred to as “actual exposure time”) and a predetermined exposure time (hereinafter referred to as a reference). The predetermined exposure time becomes “reference exposure time”) is input to the PC 45.

PC45は、図3に示すように、受光部42における1画素の実露光時間(μs)ごとに、計測器55により計測された光子数(入射光子数)と、その光子数に基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数を乗算して得られる輝度値(本実施形態においては、輝度の表示最大階調)とを対応付けたルックアップテーブルを自動生成するようになっている。図3は、1画素の露光時間(μs)が200μsの場合のルックアップテーブルと、20μsの場合のルックアップテーブルと、2μsの場合のルックアップテーブルを例示している。図6において同様である。   As shown in FIG. 3, the PC 45 counts the number of photons (incident photons) measured by the measuring device 55 for each actual exposure time (μs) of one pixel in the light receiving unit 42 and the number of photons with respect to the reference exposure time. A look-up table in which a luminance value obtained by multiplying the reciprocal of the ratio of the actual exposure time (in this embodiment, the maximum luminance display gradation) is automatically generated. FIG. 3 illustrates a look-up table when the exposure time (μs) of one pixel is 200 μs, a look-up table when 20 μs, and a look-up table when 2 μs. The same applies to FIG.

例えば、1光子パルスが5nsで分離可能であるとすると、2μs/Pixelのスキャンでは最大で400カウントできるので、PC45により、最大400階調表示になるようなルックアップテーブルが自動生成される。図4は、200μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との関係と、20μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との通常の関係と、20μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調とのLUT変更後の関係とを示している。   For example, assuming that one photon pulse can be separated at 5 ns, a maximum of 400 counts can be performed in a 2 μs / pixel scan, and thus a look-up table that can display a maximum of 400 gradations is automatically generated by the PC 45. FIG. 4 shows the relationship between the number of incident photons at 200 μs / pixel and the display gradation, the normal relationship between the number of incident photons at 20 μs / pixel and the display gradation, and the incident photon at 20 μs / pixel. The relationship between the number and the display gradation after changing the LUT is shown.

また、PC45には、各ピクセルの光子数を蓄積するとともに、生成したルックアップテーブルを保存するメモリ(Frame memory)46が備えられている。PC45は、入力部47から入力される実露光時間に対応するルックアップテーブルをメモリ46から選択し、選択したルックアップテーブルから、計測器55により計測された光子数に対応付けられた表示最大階調を読み出すようになっている。そして、PC45は、読み出した表示最大階調に基づいて、試料Sの画像を構築するようになっている。PC45により構築された画像は、モニタ49に表示されるようになっている。   Further, the PC 45 is provided with a memory (Frame memory) 46 that accumulates the number of photons of each pixel and stores the generated lookup table. The PC 45 selects a lookup table corresponding to the actual exposure time input from the input unit 47 from the memory 46, and displays the maximum display floor associated with the number of photons measured by the measuring instrument 55 from the selected lookup table. The key is read out. Then, the PC 45 constructs an image of the sample S based on the read display maximum gradation. An image constructed by the PC 45 is displayed on the monitor 49.

このように構成された光検出システム40および顕微鏡システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム100により試料Sの画像を取得するには、まず、ステージ31に試料Sを載置し、光源ユニット10から所定の波長域で所定の強度のレーザ光を発生させる。
The operation of the light detection system 40 and the microscope system 100 configured as described above will be described.
In order to acquire an image of the sample S by the microscope system 100 according to the present embodiment, first, the sample S is placed on the stage 31 and laser light having a predetermined intensity is generated from the light source unit 10 in a predetermined wavelength region.

光源ユニット10から発せられたレーザ光は、ダイクロイックミラー27により反射された後、スキャナ21により反射されて瞳投影レンズ23により集光され、反射ミラー25および結像レンズ33を介して、対物レンズ35により試料Sに照射される。   The laser light emitted from the light source unit 10 is reflected by the dichroic mirror 27, then reflected by the scanner 21, condensed by the pupil projection lens 23, and the objective lens 35 through the reflection mirror 25 and the imaging lens 33. The sample S is irradiated by the above.

レーザ光が照射されることにより試料Sにおいて蛍光が発生すると、その蛍光は対物レンズ35により集光され、結像レンズ33、反射ミラー25、瞳投影レンズ23、スキャナ21を介してレーザ光の光路を戻り、ダイクロイックミラー27を透過してレーザ光の光路から分離される。   When fluorescence is generated in the sample S by being irradiated with the laser light, the fluorescence is collected by the objective lens 35, and the optical path of the laser light through the imaging lens 33, the reflection mirror 25, the pupil projection lens 23, and the scanner 21. , And passes through the dichroic mirror 27 to be separated from the optical path of the laser beam.

ダイクロイックミラー27を透過した蛍光は、集光レンズ29により集光され、その内の試料Sにおける対物レンズ35の焦点位置において発生した蛍光のみがピンホール37を通過する。ピンホール37を通過した蛍光は、コリメートレンズ39により平行光に変換され、検出器41の受光部42により受光される。   The fluorescence transmitted through the dichroic mirror 27 is collected by the condenser lens 29, and only the fluorescence generated at the focal position of the objective lens 35 in the sample S passes through the pinhole 37. The fluorescence that has passed through the pinhole 37 is converted into parallel light by the collimator lens 39 and received by the light receiving unit 42 of the detector 41.

受光部42により蛍光が受光されると、検出器41から光量に応じた大きさの電流信号が出力され、増幅器51により電流信号が電圧信号に変換される。電圧信号は、比較器53を介して計測器55に入力され、また、ユーザから入力部47に入力された実露光時間もPixel clockとして計測器55に入力される。計測器55において電圧信号に含まれる光子数が露光時間分計測され、1pixelの輝度信号(pixel brightness data)として、制御部43を介してPC45に送られる。   When fluorescence is received by the light receiving unit 42, a current signal having a magnitude corresponding to the amount of light is output from the detector 41, and the amplifier 51 converts the current signal into a voltage signal. The voltage signal is input to the measuring instrument 55 via the comparator 53, and the actual exposure time input from the user to the input unit 47 is also input to the measuring instrument 55 as a pixel clock. The number of photons included in the voltage signal is measured by the measuring device 55 for the exposure time, and is sent to the PC 45 via the control unit 43 as a 1-pixel luminance signal (pixel brightness data).

また、入力部47においては、ユーザにより基準露光時間が入力され、その基準露光時間と実露光時間とがPC45に入力される。   In addition, in the input unit 47, the reference exposure time is input by the user, and the reference exposure time and the actual exposure time are input to the PC 45.

PC45においては、入力された実露光時間に対応するルックアップテーブルがメモリ46から選択され、選択されたルックアップテーブルから、計測データの光子数に対応付けられている表示最大階調が読み出される。そして、PC45により、読み出した表示最大階調に基づいて試料Sの画像が構築され、モニタ49に表示される。   In the PC 45, a lookup table corresponding to the inputted actual exposure time is selected from the memory 46, and the maximum display gradation associated with the number of photons of the measurement data is read from the selected lookup table. The PC 45 constructs an image of the sample S based on the read display maximum gradation and displays it on the monitor 49.

この場合において、受光部42の露光時間が変化すると、検出器41により蛍光を光電変換して得られる電流信号に含まれる光子数がその実露光時間に応じて変化するが、PC45により、実露光時間ごとに、電圧信号に含まれる光子数とその光子数に基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数を乗算して得られる輝度の表示最大階調とを対応付けてルックアップテーブルを生成することで、光子数の変化に関わらず画素ごとの輝度値を一定にすることができる。   In this case, when the exposure time of the light receiving unit 42 changes, the number of photons included in the current signal obtained by photoelectrically converting the fluorescence by the detector 41 changes according to the actual exposure time. For each, a lookup table is generated by associating the number of photons contained in the voltage signal and the maximum display gray scale of luminance obtained by multiplying the number of photons by the inverse of the ratio of the actual exposure time to the reference exposure time. Thus, the luminance value for each pixel can be made constant regardless of the change in the number of photons.

したがって、PC45により、ルックアップテーブルから読み出した表示最大階調に基づいて試料Sの画像を構築することで、検出器41の受光部42における蛍光の露光時間に関わらず一定の明るさの画像を取得することができる。これにより、ユーザはモニタ49に表示された一定の明るさの画像を見ながら試料Sを観察することができる。   Therefore, by constructing an image of the sample S based on the maximum display gradation read from the lookup table by the PC 45, an image having a constant brightness can be obtained regardless of the fluorescence exposure time in the light receiving unit 42 of the detector 41. Can be acquired. As a result, the user can observe the sample S while viewing an image with a certain brightness displayed on the monitor 49.

以上、本実施形態に係る光検出システム40および顕微鏡システム100によれば、フォトンカウンティング検出に際して、露光時間を変更しても表示する画像の明るさを一定に保ち、所望の明るさの画像により試料Sを観察することができる。また、想定される複数のルックアップテーブルを予め用意しておくだけで、演算処理にかかる時間を省いて簡易に輝度値を決定し、一定の明るさの試料Sの画像を迅速に構築することができる。   As described above, according to the light detection system 40 and the microscope system 100 according to the present embodiment, when detecting photon counting, the brightness of an image to be displayed is kept constant even if the exposure time is changed, and the sample is displayed with an image having a desired brightness. S can be observed. In addition, by simply preparing a plurality of expected lookup tables in advance, it is possible to easily determine the luminance value by omitting the time required for calculation processing, and to quickly construct an image of the sample S having a certain brightness. Can do.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態に係る光検出システムおよび顕微鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム100は、図5に示すように、光検出システム140の構成が第1実施形態と異なる。
以下、第1実施形態に係る光検出システム40および顕微鏡システム100と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a light detection system and a microscope system according to a second embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 5, the microscope system 100 according to the present embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the light detection system 140.
In the following, portions having the same configuration as those of the light detection system 40 and the microscope system 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

光検出システム140は、PC45に代えて、PC(画像構築部)145が、計測器55により計測された光子数と、ユーザにより入力される受光部42の実露光時間および基準露光時間とを演算処理して輝度値を算出するようになっている。   In the light detection system 140, instead of the PC 45, the PC (image construction unit) 145 calculates the number of photons measured by the measuring instrument 55 and the actual exposure time and the reference exposure time of the light receiving unit 42 input by the user. The luminance value is calculated by processing.

具体的には、PC145は、基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数を光子数に乗算して輝度値を算出するようになっている。例えば、200μs/pixで1000カウントだった場合は、2μs/pixでは10カウントになるが、200μs/pix(基準露光時間)に対する2μs/pix(実露光時間)の比率の逆数である100が10カウント(光子数)に乗算されて輝度値が算出される。   Specifically, the PC 145 calculates the luminance value by multiplying the photon number by the reciprocal of the ratio of the actual exposure time to the reference exposure time. For example, in the case of 1000 counts at 200 μs / pix, 10 counts are obtained at 2 μs / pix, but 100, which is the reciprocal of the ratio of 2 μs / pix (actual exposure time) to 200 μs / pix (reference exposure time), is 10 counts. The luminance value is calculated by multiplying by (number of photons).

本実施形態においては、PC145において、図6に示すような露光時間ごとに光子数と輝度値(輝度の表示最大階調)とを対応付けた複数のルックアップテーブルをメモリ46に保存しておき、演算処理と共にルックアップテーブルを参照することとしてもよい。図7は、200μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との関係と、20μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との通常の関係と、20μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との演算処理後の関係とを示している。また、図8は、200μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との関係と、20μs/Pixelのときの入射光子数と表示階調との演算処理後の関係とを示している。   In this embodiment, the PC 145 stores a plurality of lookup tables in which the number of photons and the luminance value (luminance display maximum gradation) are associated with each other for each exposure time as shown in FIG. The lookup table may be referred to together with the arithmetic processing. FIG. 7 shows the relationship between the number of incident photons at 200 μs / pixel and the display gradation, the normal relationship between the number of incident photons at 20 μs / pixel and the display gradation, and the incident photon at 20 μs / pixel. The relationship between the number and the display gradation after the arithmetic processing is shown. FIG. 8 shows the relationship between the number of incident photons at 200 μs / pixel and the display gradation, and the relationship after the arithmetic processing between the number of incident photons at 20 μs / pixel and the display gradation.

このように構成された光検出システム140および顕微鏡システム100の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム100により試料Sの画像を取得するには、第1実施形態と同様に、試料Sにレーザ光を照射し、試料Sにおいて発生した蛍光を検出器41の受光部42により受光する。
The operation of the light detection system 140 and the microscope system 100 configured as described above will be described.
In order to acquire an image of the sample S by the microscope system 100 according to the present embodiment, the sample S is irradiated with laser light, and the fluorescence generated in the sample S is detected by the light receiving unit 42 of the detector 41 as in the first embodiment. Receives light.

そして、検出器41により得られた電圧信号に含まれる光子数を計測器55により計測して、その計測データをPC145に送るとともに、入力部47により、ユーザによって入力される受光部42の実露光時間と基準露光時間とをPC145に入力する。   Then, the number of photons contained in the voltage signal obtained by the detector 41 is measured by the measuring device 55, and the measurement data is sent to the PC 145, and the actual exposure of the light receiving unit 42 input by the user through the input unit 47. The time and the reference exposure time are input to the PC 145.

PC145においては、基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数が光子数に乗算されて輝度値が算出される。そして、算出された輝度値に基づいて試料Sの画像が構築され、モニタ49に表示される。これにより、ユーザはモニタ49に表示された画像を見ながら試料Sを観察することができる。   In the PC 145, the luminance value is calculated by multiplying the number of photons by the reciprocal of the ratio of the actual exposure time to the reference exposure time. Then, an image of the sample S is constructed based on the calculated luminance value and displayed on the monitor 49. As a result, the user can observe the sample S while viewing the image displayed on the monitor 49.

この場合において、PC145により、光子数に基準露光時間に対する実露光時間の比率の逆数を乗算することで、光子数の変化に関わらず画像構築のための輝度値を一定にすることができる。そして、この輝度値に基づいて試料Sの画像を構築することで、受光部42における蛍光の露光時間に関わらず一定の明るさの画像を取得することができる。   In this case, the PC 145 multiplies the number of photons by the reciprocal of the ratio of the actual exposure time to the reference exposure time, whereby the luminance value for image construction can be made constant regardless of the change in the number of photons. Then, by constructing an image of the sample S based on this luminance value, an image having a constant brightness can be acquired regardless of the fluorescence exposure time in the light receiving unit 42.

これにより、本実施形態に係る光検出システム140および顕微鏡システム100によれば、フォトンカウンティング検出に際して、露光時間を変更しても表示する画像の明るさを一定に保ち、所望の画像により試料Sを観察することができる。また、演算処理により、実際の光子数および露光時間に合わせて臨機応変に適切な輝度値を決定し、試料Sの画像を精度よく構築することができる。   As a result, according to the light detection system 140 and the microscope system 100 according to the present embodiment, the brightness of the displayed image is kept constant even when the exposure time is changed during the photon counting detection, and the sample S is obtained by a desired image. Can be observed. In addition, by the arithmetic processing, an appropriate luminance value can be determined flexibly according to the actual number of photons and exposure time, and an image of the sample S can be constructed with high accuracy.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記の各実施形態に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included. For example, the present invention is not limited to those applied to each of the above embodiments, and may be applied to embodiments in which these embodiments are appropriately combined, and is not particularly limited.

21 スキャナ(走査部)
35 対物レンズ
40,140 光検出システム
41 検出器(光電変換部)
42 受光部
45 PC(画像構築部)
47 入力部
55 計測器(光子計測処理部)
100 顕微鏡システム
21 Scanner (scanning unit)
35 Objective lens 40,140 Photodetection system 41 Detector (photoelectric conversion unit)
42 light receiving unit 45 PC (image construction unit)
47 Input unit 55 Measuring instrument (photon measurement processing unit)
100 microscope system

Claims (4)

試料から発せられる観察光を受光する受光部を有し、該受光部により受光された前記観察光を光電変換してその光量に応じた大きさの電流信号を出力する光電変換部と、
該光電変換部から出力される前記電流信号に含まれる光子数を計測する光子計測処理部と、
前記受光部において前記観察光が露光される露光時間を入力する入力部と、
基準となる所定の露光時間である基準露光時間に対する前記入力部により入力された実際の露光時間である実露光時間の比率の逆数を、前記光子計測処理部により計測された前記光子数に乗算して得られる輝度値に基づいて、前記試料の画像を構築する画像構築部とを備える光検出システム。
A photoelectric conversion unit that has a light receiving unit that receives observation light emitted from the sample, photoelectrically converts the observation light received by the light receiving unit, and outputs a current signal having a magnitude corresponding to the light amount;
A photon measurement processing unit for measuring the number of photons contained in the current signal output from the photoelectric conversion unit;
An input unit for inputting an exposure time during which the observation light is exposed in the light receiving unit;
Multiplied by the reciprocal of the ratio of the reference and made a predetermined the actual exposure time input by said input unit with respect to the reference exposure time is the exposure time actual exposure time, the number of photons measured by the photon counting processing unit And an image construction unit that constructs an image of the sample based on the luminance value obtained in this manner.
前記画像構築部が、露光時間ごとに前記光子数と前記輝度値とを対応付けた複数のルックアップテーブルを備え、前記実露光時間により選択されたルックアップテーブルから、前記光子計測処理部により計測された前記光子数に対応付けられた前記輝度値を読み出す請求項1に記載の光検出システム。   The image construction unit includes a plurality of lookup tables in which the number of photons and the luminance value are associated with each exposure time, and is measured by the photon measurement processing unit from the lookup table selected based on the actual exposure time. The light detection system according to claim 1, wherein the luminance value associated with the number of photons that has been read is read out. 前記画像構築部が、前記光子計測処理部により計測された光子数と、前記実露光時間と、前記基準露光時間とを演算処理して前記輝度値を算出する請求項1に記載の光検出システム。 The image construction section, the number of photons measured by the photon counting processing unit, the actual exposure time and the light detection according to claim 1, with said reference exposure time by processing to calculate the luminance value system. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の光検出システムと、
光源から発せられた照明光を反射して前記試料上で走査させる走査部と、
該走査部により反射された前記照明光を前記試料に照射し、該試料から発せられて前記光電変換部の前記受光部により受光される前記観察光を集光する対物レンズとを備え、
前記実露光時間として、前記走査部による前記試料上での前記照明光の走査時間を用いる顕微鏡システム。
The light detection system according to any one of claims 1 to 3,
A scanning unit that reflects illumination light emitted from a light source and scans the sample;
Irradiating the illumination light reflected by the scanning unit onto the sample, and an objective lens that collects the observation light emitted from the sample and received by the light receiving unit of the photoelectric conversion unit,
The microscope system which uses the scanning time of the said illumination light on the said sample by the said scanning part as said real exposure time.
JP2012133005A 2012-06-12 2012-06-12 Photodetection system and microscope system Expired - Fee Related JP6000671B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012133005A JP6000671B2 (en) 2012-06-12 2012-06-12 Photodetection system and microscope system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012133005A JP6000671B2 (en) 2012-06-12 2012-06-12 Photodetection system and microscope system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013257423A JP2013257423A (en) 2013-12-26
JP6000671B2 true JP6000671B2 (en) 2016-10-05

Family

ID=49953907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012133005A Expired - Fee Related JP6000671B2 (en) 2012-06-12 2012-06-12 Photodetection system and microscope system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6000671B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3514600A1 (en) 2018-01-19 2019-07-24 Leica Instruments (Singapore) Pte. Ltd. Method for fluorescence intensity normalization
KR102657111B1 (en) 2018-02-02 2024-04-11 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 Solid-state imaging device, imaging device, and control method of solid-state imaging device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003098086A (en) * 2001-09-21 2003-04-03 Olympus Optical Co Ltd Light intensity measuring device
JP2005215712A (en) * 2002-01-21 2005-08-11 Nisca Corp Imaging device for counting individual number and control means
JP5188101B2 (en) * 2007-06-01 2013-04-24 株式会社キーエンス Magnification observation apparatus, magnified image photographing method, magnified image photographing program, and computer-readable recording medium
JP5219415B2 (en) * 2007-06-29 2013-06-26 キヤノン株式会社 Fluorescence detection apparatus, biochemical reaction analyzer, and fluorescence detection method
JP2012065204A (en) * 2010-09-16 2012-03-29 Toshiba Corp Compound-eye imaging device, signal processing device, control method for compound-eye imaging device
US9075010B2 (en) * 2010-10-15 2015-07-07 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univerity Enhancement of molecular emission using optical-antenna structures
JP5591088B2 (en) * 2010-12-09 2014-09-17 オリンパス株式会社 Photodetection device and observation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013257423A (en) 2013-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8704196B2 (en) Combination microscopy
US10634615B2 (en) Method of correcting a fluorescence image
JP6375239B2 (en) Laser microscope equipment
JP5734588B2 (en) Cell observation apparatus and observation method
JP2012032183A (en) Sample observation device and sample observation method
JP5616588B2 (en) microscope
JP2007114764A (en) Apparatus and method for detection with scanning microscope
JP6000671B2 (en) Photodetection system and microscope system
JP2000275541A (en) Laser microscope
US8542439B2 (en) Method and device for scanning-microscopy imaging of a specimen
JP2006266823A (en) Minute height measuring method, minute height measuring apparatus and displacement unit used therefor
JP5554970B2 (en) Scanning microscope
JP2016004230A (en) Sample observation equipment
JP6898729B2 (en) Detection device, microscope system and detection method
JP2004354346A (en) Measuring device
JP6986452B2 (en) Fluorescence measuring device and fluorescence measuring method
JP4667754B2 (en) Light receiving device for scanning laser microscope and scanning laser microscope using the same
JP2007024604A (en) Fluorescence measuring instrument and fluorescence measuring method
JP4045470B2 (en) Confocal microscope
JP2012122882A (en) Light detection device and observation device
JP6205198B2 (en) Microscope system
US20240053594A1 (en) Method and Device for Microscopy
JP2015018070A (en) Scanning laser microscope
JP5185771B2 (en) microscope
JP2014092774A (en) Microscope device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150521

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160802

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160831

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6000671

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees